
【化】 surface tension coefficient
表面张力系数(surface tension coefficient)是描述液体表面收缩趋势的物理量,定义为液体表面单位长度所受到的力或单位面积表面能的增量。其国际单位为牛顿每米(N/m),常用符号γ或σ表示,数学表达式为:
$$ σ = frac{F}{L} $$
其中F为作用于液体表面的力,L为作用边界的有效长度。从热力学角度,表面张力系数也可表示为系统表面能随面积变化的导数:
$$ σ = left( frac{∂E}{∂A} right)_{T,V,n} $$
该参数具有显著的温度依赖性,如水的表面张力系数在20℃时为0.0728 N/m,当温度升至100℃时降至0.0589 N/m。不同液体表面张力差异显著,汞的室温表面张力系数(0.465 N/m)约为乙醇的6倍。
在工程实践中,表面张力系数影响着毛细现象、润湿行为和液滴形态。例如医疗领域利用表面张力开发微流体检测芯片,航空航天工业通过调控表面张力优化燃料供给系统。实验测定多采用环形法(Du Noüy法)或毛细上升法,其中毛细管法测量精度可达±0.1 mN/m。
参考来源:
表面张力系数是描述液体表面收缩能力的物理量,其核心定义、物理意义及相关特性如下:
基本定义:表面张力系数(σ)表示液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。例如,若液面被长度为$L$的直线分割,两部分间的垂直拉力为$F$,则满足关系: $$ σ = frac{F}{L} $$ 单位为牛顿每米(N/m)。
能量角度定义:在等温条件下,表面张力系数等于增加单位表面积时所需的能量,即: $$ σ = frac{ΔE}{ΔS} $$ 此时单位为焦耳每平方米(J/m²),对应吉布斯自由能对面积的偏导数。
在流体力学中,表面张力引起的压力差由拉普拉斯方程描述: $$ Δp = σ left( frac{1}{R_1} + frac{1}{R_2} right) $$ 其中$R_1$、$R_2$为曲率半径。此公式用于分析毛细现象、液滴形成等场景。
表面张力系数是液体表面特性的核心参数,综合体现了分子间作用力的宏观表现。如需进一步了解具体液体的σ值或实验测量方法,可参考权威物理教材或研究文献。
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